Badanie silnika bezszczotkowego prądu stałego(BLDC)

Budowa(i różnice w stosunku do klasycznego silnika DC):

Bezszczotkowy silnik prądu stałego ma budowę podobną do silnika prądu stałego
wzbudzanego magnesami trwałymi. Zasadnicza różnica między nimi polega na tym,
że silnik bezszczotkowy posiada nieruchomy uzwojony stojan i wirujący magnes
trwały. Wirujący magnes może być na zewnątrz uzwojenia(jak w silniku
komutatorowym) lub wewnÄ…trz uzwojenia. W miejsce komutatora mechanicznego
silnik bezszczotkowy posiada komutator elektroniczny, składający się z
łączników tranzystorowych, które łączą poszczególne uzwojenia do zasilania.
Eliminuje to niekorzystną obecność iskrzącego komutatora. Dzięki temu trwałość
silników BLDC jest bardzo duża. Mają lepsze własności rozruchowe i sprawność.
Uzyskuje się w nich również cichobieżność nawet przy dużych prędkościach
obrotowych. Uzwojenia wykonuje się na ogół jako trójfazowe połączone w
gwiazdÄ™.


Zasada działania(i porównanie do klasycznego silnika DC)


W silniku komutatorowym moment obrotowy powstaje w wyniku współdziałania
strumienia magnetycznego stojana i prądu uzwojeń wirnika. Właściwe zmiany
kierunku prÄ…du w cewkach wirnika w czasie jego obrotu zapewnia komutator. W
silniku z komutatorem elektronicznym konstrukcja jest odwrócona.
Magnes trwały będący wirnikiem wytwarza pole magnetyczne, uzwojenia umieszczone
sÄ… nieruchomo na stojanie. SÄ… one zasilane poprzez tranzystory sterowane za
pomocą bezstykowych czujników położenia wirnika. Czujniki położenia mogą być
oparte na zasadzie wykorzystywania zjawiska optoelektronicznego,
magnetoelektrycznego lub indukcyjnego.


Celem sterowania komutatorem elektronicznym jest utrzymanie kąta między
strumieniem wzbudzenia i sumarycznym przepływem twornika .

Wektor strumienia wzbudzenia wiruje z prędkością kątową ł, zatem z taką samą
prędkością kątową powinien wirować wektor przepływowy twornika.
Komutator elektroniczny realizuje to zadanie poprzez regulacjÄ™ prÄ…du w pasmach
uzwojenia stojana A,B,C. Jeśli wiemy jakie ma być położenie wektora , komutator
elektroniczny musi dopasować do tego położenia wartości chwilowe prądów iA, iB,
iC.

Regulacja prędkości obrotowej

Prędkość obrotowa może być regulowana przez zmianę wartości i biegunowości
napięcia zasilającego uzwojenia trójfazowe. Regulacja napięcia jak i kontrola
prądu odbywa się w falowniku PWM. Maksymalna wartość strumienia skojarzonego łm
może być zmniejszona przez wyprzedzenie zaÅ‚Ä…czenia pasma fazowego áa =! 0(różne
od zera).

Histerezowa regulacja prÄ…du
Po załączeniu napięcia prąd w danej parze pasm fazowych narasta aż do
osiągnięcia dopuszczalnej wartości maksymalnej prądu Imax. W tym momencie
następuje wyłączenie zasilania pasm fazowych, prąd opada do wartości Imin. Czas
załączenia pasm fazowych tzał i czas wyłączenia zależy od szerokości histerezy
Imax-Imin.

Jak powstaje reluktancyjny moment zaczepowy?
Jego powstanie związane jest ze strukturą zębowo-żłobkową stojana i obecnością
magnesów stałych umieszczonych na wirniku(zmiana reluktancji w funkcji
położenia wirnika na drodze strumienia pochodzącego od magnesów biegunów).
Występuje więc nawet wtedy gdy silnik nie jest zasilany. Spowodowany jest różną
reluktancją obszarów przyszczelinowych w pobliżu zębów i żłobków. Reluktancyjny
moment zaczepowy ma charakter oscylacyjny i może przybierać duże wartości

szczególne dla silników o małej liczbie zębów stojana przypadających na biegun.
W celu jego redukcji stosuje się specjalne zmiany konstrukcyjne: skos żłobków
stojana.